Marine climatology of the tropical Americas

Summary Surface circulation and climate in the sea areas surrounding the American Continents are discussed on the basis of ship observations for the period 1911–1970 compiled with a one degree latitude-longitude square spatial resolution. Charts depict sub-synoptic scale features in considerable detail, such as the wintertime intrusions of cold dry air from the Atlantic to the Pacific side of the Mexican-Central American land bridge at topographically favoured locations, manifesting themselves in plumes of high wind speed, anticyclonic vorticity, and low sea surface temperature far into the open Pacific. Double peaks in the rainy season are indicated for the Western Caribbean and the easternmost Pacific off the Central American coast, with the September/October maximum most dominant. Among the more significant large-scale features are the near-equatorial trough of low pressure, a kinematic axis, and zonally oriented bands of maximal cloudiness and precipitation frequency, with a seasonal migration of this ensemble from a most equatorward position in Northern winter farther northward during summer. The near-equatorial kinematic axis has the characteristics of a confluence zone over the Western Atlantic, whereas over the Eastern Pacific it is a discontinuity between the Southwesterly flow from the Southern hemisphere and the Northeast Trades. Most intense development is reached during Northern summer. The surface flow discontinuity is broadly embedded in the baric trough. The bands of maximal convergence, cloudiness and precipitation frequency stay well equatorward of the surface flow discontinuity in the Eastern Pacific throughout the year, whereas over the Western Atlantic they switch to the North of the kinematic axis during Northern winter.

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Maritime Klimatologie des tropischen Amerika

Zusammenfassung Klima und Luftzirkulation über den die amerikanischen Kontinente umgebenden Seegebieten werden aufgrund von in Eingradfeldern für den Zeitraum 1911–1970 ausgewerteten Schiffsbeobachtungen besprochen. Großräumige Karten sowie Diagramme und Tabellen des Jahresganges werden für Bodendruck, Wind, Divergenz, relative Wirbelgröße, Wasseroberflächentemperatur (SST), Bewölkung und Niederschlagshäufigkeit dargeboten. Die Karten geben Einzelheiten im subsynoptischen Bereich wieder, wie etwa die winterlichen Kaltlufteinbrüche von der atlantischen zur pazifischen Seite der mexikanischmittelamerikanischen Landbrücke, die sich an orographisch begünstigten Stellen in Zungen von hoher Windgeschwindigkeit, antizyklonaler Wirbelgröße, und niederer SST bis weit in den offenen Pazifik hinein abzeichnen. Eine doppelgipflige Regenzeit ist für das westliche Karibische Meer und den östlichsten Pazifik längs der mittelamerikanischen Küste angezeigt, wobei das Maximum im September/Oktober bei weitem überwiegt.Zu den bezeichnendsten großräumigen Erscheinungen gehören eine Tiefdruckzone in der Nähe des Äquators, eine kinematische Achse, und zonal angeordnete Bänder von maximaler Bewölkung und Niederschlagshäufigkeit; dieses System ist jahreszeitlichen Verlagerungen von einer äquatornächsten Lage im Nordwinter zu weiter nördlichen Breiten im Nordsommer unterworfen. Die kinematische Achse hat über dem westlichen Atlantik die Eigenheiten einer Konfluenzzone, während sie über dem östlichen Pazifik eine Diskontinuität zwischen der von der Südhemisphäre vordringenden Südwestströmung und dem Nordostpassat darstellt. Eine leichte Doppelwelle im Jahresgang ist nur in der Breitenlage der kinematischen Achse über dem Pazifik zu erkennen. Das System ist im Nordsommer am kräftigsten entwickelt. Die Diskontinuität der Bodenströmung ist in die Tiefdruckzone eingebettet. Die Bänder von maximaler Konvergenz, Bewölkung und Niederschlagshäufigkeit bleiben im östlichen Pazifik ganzjährig erheblich äquatorwärts von der Strömungsdiskontinuität während sie über dem westlichen Atlantik im Nordwinter auf die Nordseite der kinematischen Achse überwechseln. Die für das vorliegende Projekt verfügbare räumliche Auflösung dürfte zum Verständnis der sogenannten Intertropischen Konvergenzzone wesentlich sein.

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With 15 Figures     

Über die Konvektionsbewölkung im Hochgebirge

Zusammenfassung Die Wolkenphysik brachte in den letzten Jahren neue Erkenntnisse, besonders hinsichtlich der Cumulusbewölkung. Von der synoptischen Seite her ist das Problem der Konvektionsbewölkung nach wie vor sehr schwierig, vor allem für Gebirgsprognosen. In der vorliegenden Arbeit werden die Besonderheiten der Konvektionsbewölkung im Gebirge im Gegensatz zum Flachland diskutiert. Für ungestörte Tage ergeben sich drei Entwicklungsstufen. Eine Beziehung der Gewitterwahrscheinlichkeit zum Dampfdruck, wie sie für das Flachland schon mehrfach gefunden wurde, besteht für den Gebirgsraum nicht. Über das Auftreten stärkerer Konvektionsbewölkung bei verschiedenen Großwetterlagen und die Unterschiede zwischen gebirge und Flachland werden zahlenmäßige Anhaltspunkte gegeben. In diesem Zusammenhang werden auch einige Überlegungen über die Brauchbarkeit der 500 mb-Topographie und über die Bedeutung eines nördlich der Alpen vorbeiziehenden 24stündigen Steiggebietes gemacht. Zur Frage, ob der Münchner Aufstieg an ungestörten Tagen ein ausreichendes Kriterium für die Entwicklung der Konvektionsbewölkung im Hochgebirge ist, werden einige Vergleiche gebracht. Schließlich folgen synoptische Argumente für die Fälle, bei denen die Basis der Cumulusbewölkung über den höchsten Gipfeln zu liegen kommt.

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Summary Cloud physics has made considerable progress during the last years, particularly with regard to the cumulus type. From the synoptic point of view, however, the problem is still rather difficult, especially where forecasts in mountainous regions are concerned. In this paper the particularities of cloud formation by convection in mountains are discussed and compared with those over lowlands. Undisturbed days show three steps of development. In mountainous regions no relation exists between thunderstorm probability and vapour pressure such as was found over plains several times. Numerical indications are given for occurrence of stronger convection cloudiness with different general weather conditions and for the differences between mountainous and plain regions. In this connection are also considered the applicability of the 500 mb topography and the rôle of an area of rising pressure of 24 hours passing on the northern side of the Alps. The question whether, on undisturbed days, the Munich sonde yields a sufficient criterion for the development of convection cloudiness over the high mountains is discussed by presenting some comparisons. Finally, synoptic arguments are given for those cases in which the basis of the cumuli lies above the level of the highest summits.

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Résumé La physique des nuages a apporté ces dernières années de nouvelles connaissances concernant en particulier les nuages du type cumulus. Du point de vue synoptique, le problème de la convection nuageuse et de sa prévision en pays montagneux reste très difficile. La présente étude envisage les particularités des nuages de convection en montagne par rapport à ceux des régions plates. Il y a trois stades d'évolution lors des jours non troublés. Une relation entre la probabilité orageuse et la pression de vapeur d'eau trouvée en plaine n'existe pas en montagne. L'auteur donne des critères numériques au sujet de l'apparition d'une forte convection lors de différentes situations météorologiques générales et des différences entre plaine et montagne; il considère également le degré d'utilité de la topographie à 500 mb et le rôle du passage au Nord des Alpes d'un noyau de hausse de vingt-quatre heures; il examine, à l'aide des quelques comapraisons, si le sondage de Munich lors des jours non troublés fournit un critère suffisant pour le développement des nuages de convection en haute montagne. Suivent quelques arguments synoptiques pour les cas où la base des cumulus dépasse les plus hauts sommets.

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Mit 3 Textabbildungen.     

On the estimation of surface radiation using satellite data

Summary Model calculations are used to investigate the uncertainties in the surface radiative flux empirically derived from satellite radiation measurements and theoretically calculated from radiation models using satellite-inferred cloud parameters. The empirical approach depends upon how well the satellite-measured radiances (represented here by the top-of-the-atmosphere flux) correlate with the net flux at the surface. The model calculations show that while the TOA flux and the net surface flux are correlated with respect to changes in optical thickness, they are not correlated with respect to changes in cloud height and negatively correlated with respect to changes in water vapor content. It is also found that the solar zenith angle has a strong effect on these relationships. It is, therefore, important to correct for the effects of atmospheric water vapor content and the solar zenith angle in the empirical estimation of surface radiative flux.The theoretical approach depends upon the net effect of the uncertainty in satellite-inferred cloud parameters. In the solar spectral region, the effects of the uncertainty in satellite retrieval of could cover and optical thickness on the net downward surface flux are systematically in opposite directions, so that the combined effects is typically small (< 7 Wm^–2). In the thermal infrared region, an error of 7 Wm^–2 could be induced by an uncertainty of 100 mb in the cloud-base height or an uncertainty of 0.1 in the fractional cloud cover. As opposed to what is commonly perceived, the error in the surface flux is likely to be larger in the IR region than in the solar spectral region.

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Zusammenfassung In der vorliegenden Arbeit werden mit Hilfe von Modellberechnungen die Unsicherheiten in den durch Satellitenmessungen empirisch gewonnenen Strahlungsflüssen an der Oberfläche und jene, die bei der Benützung von Strahlungsmodellen, die auf mit Satelliten abgeleiteten Wolkenparametern beruhen, verglichen. Die Gültigkeit des empirischen Näherungsverfahren ist davon abhängig, wie sehr die vom Satelliten gemessene Strahlung (im weiteren als top-of-the-atmosphere flux — TOA — bezeichnet) mit dem Nettostrahlungsfluß an der Oberfläche korreliert. Die Modellberechnungen zeigen, daß TOA-Fluß und Nettostrahlungsfluß an der Oberfläche zwar in bezug auf Änderungen der optischen Dicke, nicht aber in bezug auf Änderungen der Wolkenhöhe korreliert sind, während sie in bezug auf Veränderungen des Wasserdampfgehalts negativ korreliert sind. Es zeigt sich weiters, daß der Zenithwinkel der Sonne einen wesentlichen Einfluß auf diese Zusammenhänge hat. Daher ist es wichtig, die Auswirkungen des atmosphärischen Wasserdampfgehalts und des Sonnenzenithwinkels in den empirischen Berechnungen des Strahlungsflusses an der Oberfläche zu korrigieren.Der theroretische Ansatz ist abhängig vom Einfluß der Unsicherheiten der satellitenermittelten Wolkenparameter. Im solaren Spektralbereich wird der zur Oberfläche gerichtete Nettofluß durch die Unsicherheiten in der satellitenermittelten Wolkendecke und der optischen Dicke systematisch in entgegengesetzter Richtung beeinflußt, so daß der gemeinsame Effekt im allgemeinen gering bleibt (< 7 Wm^–2). Im thermischen Infrarotbereich kann ein Fehler von 7 Wm^–2 durch eine Unsicherheit von 100 mb in der Wolkenbasishöhe oder von 0.1 in der Bedeckung hervorgerufen werden. Im Gegensatz zur weitverbreiteten Ansicht ist also der Fehler bei Berechnungen des Flusses an der Oberfläche im thermischen Infrarotbereich aller Wahrscheinlichkeit nach größer als im solaren Spektrum.

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With 11 Figures     

Ein Beitrag zur Kenntnis der Global- und Himmelsstrahlung im Hochgebirge der Alpen

Zusammenfassung Das Beobachtungsmaterial wurde hauptsächlich mit zwei Robitzsch-Aktinographen gewonnen, deren sorgfältig durchgeführte Nacheichungen Abweichungen der Eichkonstanten gegen die vonRobitzsch angegebenen Werte ergaben und auch im Jahresgang der Auswertefaktoren systematische Unterschiede untereinander erkennen ließen. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit der Eichungen über ein ganzes Jahr und jeweils über ganze Tage. Es werden die Jahresgänge der Globalstrahlung, der Sonnenstrahlung mit Berücksichtigung der Bewölkung und der als Differenz aus beiden abgeleiteten Himmelsstrahlung mitgeteilt und mit dem Jahresgang der Globalstrahlung in Davos verglichen. Globalstrahlung und Himmelsstrahlung werden in ihrer Abhängigkeit von der relativen Sonnenscheindauer untersucht. Im Jahresgang der Himmelsstrahlung zeigt sich ein starkes Überwiegen im Frühling gegenüber dem Herbst, was vorwiegend auf die Wirkung der Schneereflexion zurückgeführt wird. Da die Globalstrahlung keine lineare Abhängigkeit von der relativen Sonnenscheindauer zeigt, verliert die Ångströmsche Formel zur Berechnung der Globalstrahlung mit Berücksichtigung der Bewölkung aus der Globalstrahlung bei wolkenlosem Himmel ihre Berechtigung. Es wird eine Reduktion der Globalstrahlung auf einen bestimmten Bewölkungsgrad eingeführt und damit der Jahresgang der Globalstrahlung bei konstanter Bewölkung abgeleitet.

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Summary Observation data were obtained principally by two Robitzsch-actinographs the calibrations of which were carefully checked showing calibration constants differing from those indicated byRobitzsch. In the annual march as well systematic differences between the single evaluation factors were found. Therefrom the necessity follows that calibrations are to be carried out during a whole year and during entire days respectively. Annual marches of total radiation, solar radiation with consideration of cloudiness, and sky radiation derived as difference of the first two values are communicated and compared with the annual march of the total radiation at Davos. Total radiation and sky radiation are examined as to their dependence on the relative sunshine duration. In the course of a year sky radiation is much more intensive in spring than in automn, which, in the first place, can be accounted for by the effect of snow reflection. The total radiation showing no linear dependence on the relative sunshine duration, theÅngström formula cannot be applied to calculating the total radiation with consideration of cloudiness from the total radiation with cloudless sky. A method of reducing the total radiation to a certain degree of cloudiness is introduced and therefrom the annual march of the total radiation with constant cloudiness derived.

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Résumé Le matériel d'observation du rayonnement global a été livré par deux actinographes deRobitzsch dont le contrôle a révélé des écarts des constantes d'étalonnage par rapport à celles données parRobitzsch ainsi que des différences systématiques dans la marche annuelle. On en déduit la nécessité d'étalonnages s'étendant sur une année entière et cas échéant sur des jours entiers. On donne les marches annuelles du rayonnement global, du rayonnement solaire en tenant compte de la nébulosité, et du rayonnement céleste comme différence des deux premiers, et on les compare à la marche annuelle du rayonnement global à Davos. On étudie les rayonnements global et céleste quant à leur dépendance de la durée d'insolation relative. La marche annuelle du rayonnement céleste présente au printemps un fort excès par rapport à l'automne, ce que l'on explique essentiellement par la réflexion sur la neige. Comme il n'existe pas de relation linéaire entre le rayonnement global et l'insolation relative, la formula d'Ångström qui permet de déduire du rayonnement global par ciel serein le rayonnement global en tenant compte de la nébulosité ne peut plus être appliquée. On définit une réduction du rayonnement global à un degré déterminé de nébulosité et on en tire la marche annuelle de ce rayonnement par nébulosité constante.

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Mit 3 Textabbildungen.     

Glazial-meteorologische Untersuchungen im Karakorum

Zusammenfassung Es werden die Ergebnisse von Registrierungen der Globalstrahlung an zwei Stationen im Ablationsgebiet des Chogo Lungma-Gletschers (Karakorum) mitgeteilt. Im Vergleich mit den sommerlichen Strahlungsverhältnissen auf alpinen Gletschern zeichnet sich das Strahlungsklima im untersuchten Gebiet durch besonders hohe Globalstrahlungssummen aus. Dies ist weniger eine Folge intensiverer Sonnenstrahlung, als vielmehr ein Effekt der im Vergleich zu den Alpen viel langsameren Abnahme der Globalstrahlung mit zunehmender Bewölkung (=0,5). Ein Zusammenhang zwischen den Tagessummen der Global-, Sonnen- und Himmelsstrahlung mit dem Tagesmittel der Bewölkung für Juni/Juli wird abgeleitet. Aus zahlreichen Messungen der Albedo der Gletscheroberfläche werden die kurzwelligen Strahlungsbilanzen von Firn und blankem Eis ermittelt. Die Gegenstrahlung der Atmosphäre wird aus einer angenommenen mittleren Verteilung von Temperatur und Feuchtigkeit in der freien Atmosphäre mit Hilfe desElsasser-Diagramms und aus den beobachteten Bodenwerten nach derÅngströmschen Formel berechnet, wobei sich gute Übereinstimmung ergibt. Die Ausstrahlung der Gletscheroberfläche wird aus ihrer Temperatur berechnet. Mit den so bestimmten kurz- und langwelligen Strahlungsströmen werden die Gesamt-Strahlungsbilanzen ermittelt. Die weitaus größten und für den Massenhaushalt des Gletschers wichtigen Schwankungen des Strahlungsumsatzes an seiner Oberfläche werden von Änderungen ihrer Albedo hervorgerufen. Abschließend werden die Ergebnisse von einigen Messungen der Globalstrahlung in größerer Seehöhe mitgeteilt. Eine Abschätzung des Strahlungshaushalts in der Höhenzone von 6.000 bis 7.000 m ergibt, daß unter der Annahme einer Albedo von 0,75 in dem dort herrschenden Klima (kein Sommermonsun) ein Schmelzen des Schnees nur mehr unter seltenen Umständen möglich erscheint.

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Summary Records of radiation in the ablation area of Chogo Lungma Glacier (Karakorum) show that, in comparison with corresponding conditions in the European Alps, the radiation climate in the Karakorums during summer is characterized by high daily totals of global radiation. This is less due to stronger solar radiation but to a slower decrease of global radiation with increasing cloudiness (=0.5). A relation between the daily sums of global, solar, and sky radiation with cloud amount is given. The short wave radiation balance of firn and bare ice is evaluated from numerous measurements of the albedo. Long wave radiation from the atmosphere is computed from an assumed distribution of temperature and moisture in the free atmosphere by means ofElsasser's diagram, as well as from observed surface values withÅngström's formula, what leads to a good agreement. The outgoing radiation from the glacier's surface is computed according to its temperature. From these data the total radiation balance during the period of observations is derived. By far the greatest, and for its mass balance important, variations of the radiative energy exchange of the glacier is caused by variations of the reflectivity of its surface. Finally, the results of several radiation measurements at higher altitude are given. An estimate of the radiation balance at an altitude of 6.000 to 7.000 m shows that assuming an albedo of 0.75, melting of the snow in this climatic regime (no summer monsoon) seems only possible under rare conditions.

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Résumé L'auteur expose les résultats de mesures du rayonnement global faites en deux stations de la zone d'ablation du glacier de Chogo Lungma (Karakoroum). Les valeurs du rayonnement sont dans cette région nettement plus élevées que sur les glaciers alpins en été ce qui est moins le fait d'un rayonnement solaire plus intense que d'une décroissance plus lente de celui-ci lorsque augmente la nébulosité (=0,5). On donne une relation entre les totaux journaliers du rayonnement global, solaire et céleste et les moyennes journalières de la nébulosité en juin et juillet. De nombreuses mesures de l'albédo de la surface du glacier permettent d'établir le bilan du rayonnement à corute longueur d'onde du néve et de la glace pure. Le contrerayonnement de l'atmosphère se calcule à partir d'une distribution moyenne supposée de la température et de l'humidité de l'atmosphère libre tirée du diagramme d'Elsasser et des observations au sol d'après la formule d'Ångström, les deux méthodes donnant des résultats concordants. L'émission de la surface du glacier se calcule à l'aide de sa température. Ainsi s'obtient le bilan radiatif total. Les plus fortes variations de l'échange radiatif à la surface du glacier et en même temps celles qui jouent le plus grand rôle dans l'économie de masse du glacier sont produites par les variations de son albédo. On donne encore quelques résultats de mesures du rayonnement global à grande altitude. Une estimation du bilan radiatif de la zone comprise entre 6.000 et 7.000 m. montre que dans ce climat sans mousson d'été et en admettant un albédo de 0,75, la fusion de la neige n'est possible que dans de rares circonstances.

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Mit 8 Textabbildungen

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Herrn Prof. Dr.H. Ficker zum 75. Geburtstag gewidmet.     

Radiation observations at Aspendale,Australia, and their comparison with other data

Summary Results are presented of three years' measurements at Aspendale of net, global and diffuse radiation (R, G andD respectively) as well as of short-wave radiation on a north-facing surface (G _N ).The results are compared with other Australian radiation measurements, and the local character of the constants inÅngström type estimation formulae pointed out. A term is given which corrects such formulae by taking into account the uneven distribution of cloudiness over the day. The effect of orographic cloud on radiation is also discussed.After correction for climatological mean conditions, Aspendale summer values ofG are about 18% higher than those ofBlack [4] and ofBudyko [7]; the winter values agree reasonably. Summer and winter values ofR are considerably higher thanBudyko's—about 21% and 28% respectively. In addition some disagreement is found with the Australian Radiation Records 1953–1956.In winter, the amounts of diffuse and solar radiation (G-D) are about equal.

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Zusammenfassung Die Resultate dreijähriger Registrierungen der Strahlungsbilanz, der Global- und der Himmelsstrahlung (R, G undD) sowie der kurzwelligen Strahlung auf eine Nordwand (G _N ) werden mitgeteilt.Die Ergebnisse werden mit anderen australischen Strahlungsmessungen verglichen, und die örtliche Abhängigkeit der Konstanten in den vonÅngström angegebenen Formeln wird hervorgehoben. Es wird eine Korrekturgröße in die Formeln eingeführt, mit der der Einfluß der ungleichmäßigen Verteilung der Bewölkung über den Tag erfaßt werden kann. Ferner wird der Effekt der orographisch bedingten Bewölkung auf die Strahlungssummen diskutiert.Es ergibt sich, daß nach Anbringung einer Korrektur auf klimatologische Durchschnittsverhältnisse die Globalstrahlungswerte von Aspendale im Sommer ungefähr um 18% größer sind als die vonBlack [4] und vonBudyko [7] angegebenen Werte; die Winterwerte stimmen einigermaßen überein. Sommer- und Winterwerte vonR sind um ungefähr 21% und 28% größer alsBudykos Werte. Es wurden auch Unterschiede zwischenG und den Australian Radiation Records 1953–1956 festgestellt.Im Winter sind die Beträge der Himmels- und der Sonnenstrahlung (G-D) annähernd gleich.

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Résumé On décrit les résultats obtenus durant trois ans d'enregistrements du bilan du rayonnement, de la radiation globale et de celle du ciel (R, G etD), ainsi que du rayonnement d'ondes courtes reçu par une paroi exposée au nord (G _N ).Ces résultats sont alors comparés à d'autres mesures australiennes du rayonnement et l'on en tire la dépendance locale des constantes contenues dans les formules d'Ångström. On introduit ainsi un facteur de correction dans les dites formules. Ce facteur permet de tenir compte de l'influence des fluctuations de la nébulosité au cours de la journée. En outre, on discute les répercussions qu'ont les nuages orographiques sur les sommes de rayonnement.Il en résulte que, après l'application de la correction, les valeurs tirées des conditions climatologiques moyennes sont pour l'été, selon Aspendale, environ 18% supérieures à celles indiquées parBlack [4] et parBudyko [7], bien que les quantités hivernales correspondent à peu près. Les valeurs estivales et hivernales deR sont, elles, environ 21% et 28% plus importantes que celles deBudyko. On constate également une différence entreG et les «Australian Radiation Records» 1953–1956.Les valeurs de la radiation du ciel et du soleil (G-D) sont à peu près équivalentes en hiver.

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With 13 Figures     

Satellite pictures of the snow-covered alps during April 1960

Summary From April 2 to 7, 1960, the meteorological satellite Tiros I televised the Alps and the surrounding area. The Alpine mountains were snow covered but the river valleys and lakes were readily discernible in the pictures under clear sky conditions. The pictures show marked differences when the area was overcast as compared to times when the area was clear or partly cloudy. These differences are discussed with the aid of satellite pictures and surface cloud cover maps.

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Zusammenfassung Vom 2. bis 7. April 1960 hat der meteorologische Satellit Tiros I Fernsehaufnahmen der Alpen und der umliegenden Gebiete gemacht. Die Alpenberge waren damals schneebedeckt, dagegen waren die Flußtäler und Seen bei Schönwetter in den Bildern deutlich zu erkennen. Die Bilder zeigen markante Unterschiede, wenn das Gebiet von Wolken bedeckt war, im Vergleich zu den Bildern bei wolkenlosem oder nur teilweise wolkigem Wetter. Diese Unterschiede werden an Hand von Satellitenaufnahmen und von nach Bodenbeobachtungen entworfenen Bewölkungskarten diskutiert.

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Résumé Le satellite météorologique Tiros I a effectué du 2 au 7 avril 1960 des prises de vue télévisées des Alpes et des régions avoisinantes. Les montagnes étaient alors recouvertes de neige, mais les vallées et les lacs sont, par ciel serein, nettement visibles sur les images. Ces images montrent des différences sensibles si les diverses régions ont un ciel couvert ou, au contraire, serein ou peu nuageux. On discute alors ces différences tant au moyen des images produites par le satellite que par des cartes de la nébulosité basées sur des observations au sol.

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With 6 Figures

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Dedicated toDr. W. Mörikofer on the occasion of his 70th birthday.     

Strahlungsmessungen auf einer Querung von Zentral- nach Nord-Spitzbergen im Sommer 1955

Zusammenfassung In Zentral- und Nordspitzbergen wurden Messungen der Global- und der Himmelsstrahlung ausgeführt und der Einfluß von Art und Ausmaß der Bewölkung und verschiedener atmosphärischer Zustände auf die Strahlungsverhältnisse festgestellt. Auf Gletscherflächen wurden Albedountersuchungen vorgenommen, die zu einer völligen Revision der Ansichten über das Entstehen von lotrechten Röhren im Eis, den Kryokonitlöchern, führten.

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Summary In central and northern Spitzbergen measurements of the global and the sky radiation were carried out and the influence of the kind and quantity uof ucloudiness and of various atmospheric states on radiation conditions was determined. Investigations of the albedo on glacier surfaces led to a complete revision of existing opinions on the formation of vertical tubes in ice (cryoconite tubes).

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Résumé Des mesures du rayonnement global et céleste faites au Spitzberg permettent d'étudier l'effet de la nébulosité et de différents états atmosphériques sur ce rayonnement. Des mesures de l'albédo de la surface glaciaire ont conduit à réviser entièrement les vues concernant la formation de tubes verticaux dans la glace (trous de cryoconite).

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Mit 2 Textabbildungen

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Außer dem Edelweiß-Club in Salzburg ist der Berichterstatter der Salzburger Landesregierung, dem Notring der wissenschaftlichen Verbände österreichs undder Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik in Wien zu Dank verpflichtet. Für wertvolle Ratschläge sei nochI. Dirmirn undF. Lauscher gedankt.     

Die Himmelsstrahlung in ihrer Beziehung zu verschiedenen Parametern

Zusammenfassung Gestützt auf ein fünf Jahre umfassendes Datenmaterial wird der Zusammenhang zwischen den Momentanwerten der diffusen Himmelsstrahlung, den gleichzeitigen Werten des Höhenwinkels der Sonne, der atmosphärischen Trübung sowie der Art und Menge der Bewölkung für Locarno-Monti (Alpensüdfuß) untersucht. Durch eine monatsweise Trennung der Daten kann der jahreszeitabhängige Effekt von Bodenalbedo und direkter Hangreflexion zahlenmäßig erfaßt werden. Mit Hilfe der sogenannten Koaxialmethode für die graphische Ermittlung stochastischer Beziehungen wird das Resultat unmittelbar für den praktischen Gebrauch in Form eines zusammengesetzten Diagrammes erhalten und durch eine analytische Näherungsformel ausgedrückt. Die auf diese Weise empirisch bestimmten Himmelsstrahlungsintensitäten werden durch Vergleich mit einer größeren Anzahl direkt gemessener Werte auf ihre Zuverlässigkeit hin geprüft, wobei das Prüfmaterial selbst nicht in die Untersuchungsstatistik einbezogen ist. Häufigkeitsverteilungen der Abweichungen zeigen deutlich, wie sich der Zusammenhang stets bessert, wenn zunächst nur ein, dann sukzessive auch weitere Parameter in die Mehrfachkorrelation einbezogen werden. Die Ergebnisse für den wolkenfreien Himmel werden mit solchen anderer Autoren verglichen.

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Summary The data collected during a five year period at Locarno-Monti, on the southern side of the Alps, permitted an investigation of the relationship between the intensity of the diffuse sky radiation and the solar elevation angle, the turbidity, and the cloudiness. By grouping the data by months it was possible to show quantitatively the season-dependence on surface albedo and direct reflection from the slopes. The so-called coaxial method for the graphical determination of stochastic interrelations leads to a display of the results in a multicurve-graph for practical use. The relationship is approached analytically. The reliability of empirically obtained sky radiation data was checked against a series of measured values, not involved in the statistics. Analysis of the deviation frequency shows further that the more parameters are taken into account in the multiple correlation procedure, the better the relationship holds. For cloudless sky the results are compared with those gained by other authors.

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Résumé Les résultats de mesure recueillis pendant une période de cinq ans à Locarno-Monti, au sud des Alpes, permettent d'étudier les relations entre les valeurs instantanées du rayonnement diffus du ciel d'une part, et les valeurs simultanées de l'angle de hauteur du soleil, du trouble atmosphérique et de la nébulosité d'autre part. Grâce à un groupement mensuel des données, l'effet variable selon la saison de l'albédo du sol et de la réflexion directe par les pentes peut être mis quantitativement en évidence. En recourant à la méthode dite coaxiale, qui permet de trouver graphiquement des relations stochastiques, il est possible de présenter les résultats sous la forme d'un abaque utilisable directement à des fins pratiques. Une formule approchée est également donnée. Les valeurs du rayonnement du ciel obtenues par ce moyen empirique sont ensuite comparées à une série de valeurs mesurées, non comprises dans la statistique. L'analyse de la fréquence des écarts montre clairement que les relations stochastiques trouvées sont d'autant meilleures que le nombre de paramètres inclus dans les corrélations multiples est plus grand. Dans le cas d'un ciel serein, les résultats sont comparés avec ceux d'autres auteurs.

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Mit 13 Textabbildungen     

The summer radiation and heat budget of the Arctic and Antarctic

Summary For two pairs of arctic and antarctic stations, one coastal and one mountainous, an intercomparison between the summer radiation and surface energy budgets was carried out. The station pairs were similar in both latitude and altitude. It was found that the global radiation was larger for both antarctic stations. This is the result of a smaller Earth-Sun distance and cleaner atmosphere in Antarctica. Cloudiness, and for the arctic mountainous station substantial screening of the sun, also contributed. Further, large differences were found in the albedo. In the Arctic, the summer surfaces considered were bare tundra and melting snow, with respective albedos of 20 and 59%, while in Antarctica the surfaces considered were melting and dry snow, with albedos of 67 and 83% respectively.This results in a less positive radiation balance at both antarctic stations, despite the higher incoming global radiation. In turn, less sensible heat transfer from the surface to air results in lower temperatures in the Antarctic. The reduced rate of evaporation in Antarctica results in a drier atmosphere and less cloudy conditions.

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Zusammenfassung Für jeweils zwei arktische und antarktische Stationen, von denen jeweils eine an der Küste, eine in den Bergen liegt, wurden Vergleiche in bezug auf sommerliche Strahlungs- und Oberflächenenergiebilanz angestellt. Die Stationen liegen auf vergleichbarer Höhe und Breite. Es hat sich gezeigt, daß die Gesamt-Einstrahlung in den antarktischen Stationen größer war, aufgrund geringerer Erde-Sonnen-Distanz und der reineren Atmosphäre. Bewölkung und vor allem die für die arktischen Gebirgsstationen ausschlaggebende Sonnenabschirmung tragen auch zu dieser Differenz bei. Weiters wurden starke Albedounterschiede beobachtet. In der Arktis waren die Beobachtungsoberflächen im Sommer offene Tundra und schmelzender Schnee mit einer Albedo von 20 bzw. 59%, während die Antarktisoberflächen, nasser und trockener Schnee, eine Albedo von 67 bzw. 83% aufwiesen.Dies ergibt eine weniger positive Strahlungsbilanz für die beiden antarktischen Stationen trotz höherer Gesamteinstrahlung. Infolgedessen bewirkt die geringere Wärmeabgabe des Bodens an die Luft niedere Temperaturen in der Antarktis. Geringere Verdunstung ergibt somit geringere Bewölkung und eine trockenere Atmosphäre über der Antarktis.

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With 5 Figures     

Some remarks on the thermodynamics of cyclones and anticyclones

Summary A quantitative theory of steady-state cyclones and anticyclones is based on a thermodynamic cycle, in which the surface frictional flow of air towards low pressure is compensated by an outflow aloft. It is shown that such a steady-state flow can only be sustained by a distribution of heat sources and sinks, depending on the surface windfield, the frictional drag, and the height of the return flow. When the two latter quantities are specified the steady-state surface wind- and pressure-pattern can be inferred from the disposition of heat sources and sinks in the atmosphere.Given the vertical profile of temperature and humidity it is possible to estimate the net heat added to or subtracted from different levels in the atmosphere by radiation processes. If, in addition, the balance between precipitation and evaporation is known, the distribution of sources and sinks in the free atmosphere may be determined, and this procedure may be made largely routine with such aids as the radiation chart. Hence it is possible to infer the structure, intensity and size of an equilibrium surface pressure-field from the computed disposition of sources and sinks in the atmosphere. In the future it should be possible to carry through such an analysis as part of routine forecasting procedure. It is shown that the surface pressure contrast in such monsoonal systems as the Siberian Winter High is of the order called for by the thermodynamic theory. The sustaining source and sink intensities needed for cyclones and anticyclones of average size and pressure-contrast are of the order of those occurring in nature.Cyclones and anticyclones are conveniently classified according to the nature of the sustaining sources or sinks. In particular, shallow systems, cold highs and warm lows are associated with low level sinks or sources, while systems of great vertical extent, warm highs and cold lows, are associated with sinks and sources at high level.

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Zusammenfassung Eine quantitative Theorie stationärer Zyklonen und Antizyklonen wird auf einen thermodynamischen Kreisprozeß, basiert, in dem die reibungsbedingte Luftströmung an der Erdoberfläche gegen das Tiefdruckzentrum durch ein Abfließen in der Höhe kompensiert wird. Es wird gezeigt, daß eine solche stationäre Strömung nur durch eine Verteilung von Wärmequellen und Sinkstellen aufrecht erhalten werden kann, die durch das Windfeld am Boden, die Reibungsverzögerung und die Höhe des Rückkehrstromes bedingt ist. Wenn die zwei letztgenannten Größen bestimmt sind, kann aus der Verteilung der Wärmequellen und Sinkstellen in der Atmosphäre auf das Wind- und Druckfeld des stationären Zustandes am Boden geschlossen werden.Aus dem Vertikalprofil von Temperatur und Feuchtigkeit ist es möglich, den durch Strahlungsvorgänge in verschiedenen Höhen erzeugten Wärmeüberschuß oder-verlust abzuschätzen. Wenn außerdem die Bilanz zwischen Niederschlag und Verdunstung bekannt ist, kann auch die Verteilung der Quellen und Sinkstellen in der Atmosphäre bestimmt werden und dieses Verfahren kann auf Grund von Strahlungskarten Eingang in die tägliche Praxis finden. Damit ist es möglich, aus der berechneten Verteilung von Quellen und Sinkstellen Schlüsse auf die Struktur, die Intensität und die Ausdehnung eines im Gleichgewicht befindlichen Druckfeldes zu ziehen. In Zukunft mag sich auch die Möglichkeit ergeben, eine solche Analyse als Teil des täglichen Wetterdienstes durchzuführen.Es wird gezeigt, daß die Druckunterschiede am Boden in solchen Monsunsystemen wie dem sibirischen Winterhoch von der gleichen Größenordnung sind, wie sie sich aus der thermodynamischen Theorie voraussagen lassen. Die Intensität von Quellen und Sinkstellen, die in der freien Atmosphäre auftreten, hat die richtige Größe, um die Aufrechterhaltung von Zyklonen und Antizyklonen mit den Dimensionen und Druckunterschieden zu erklären, wie sie in der Natur beobachtet werden.Zyklonen und Antizyklonen werden praktischerweise auf Grund der Beschaffenheit der Quellen oder Sinkstellen eingeteilt, die sie aufrecht erhalten. Im speziellen sind seichte Systeme, wie Kältehoch und Wärmetief, mit Quellen oder Sinkstellen im tieferen Niveau verknüpft, während Systeme mit großer Vertikalerstreckung, wie Wärmehoch und Kältetief, mit Quellen oder Sinkstellen in größerer Höhe verbunden sind.

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Résumé On développe une théorie quantitative des dépressions et anticyclones stationnaires sur la base d'un cycle thermodynamique fermé dans lequel le courant soumis au frottement et dirigé vers le centre dépressionnaire est compensé par un écoulement divergent en altitude. On montre qu'un tel système stationnaire ne peut se maintenir que par une répartition des sources et des puits de chaleur conditionnée par le champ de vent au sol, le retard dû au frottement et l'altitude du courant de retour. Si les deux dernières grandeurs sont déterminées, on peut connaître le champ de vent et de pression de l'état stationnaire au sol à partir de la répartition des sources chaudes et des puits dans l'atmosphère.Grâce au profil vertical de température et d'humidité, il est possible d'évaluer l'excès ou le défaut de chaleur produits par les processus radiatifs à différents niveaux. Si en outre le bilan entre les précipitations et l'évaporation est connu, on peut aussi déterminer la distribution des sources et des puits dans l'atmosphère et ce procédé pourra entrer dans le travail de routine à l'aide de cartes de rayonnement. Ainsi il est possible, à partir de la distribution calculée des sources et des puits, de tirer des conclusions sur la structure, l'intensité et l'étendue d'un champ de pression en équilibre. On peut envisager dans l'avenir la possibilité d'adjoindre une telle analyse à la prévision journalière du temps.On montre que les différences de pression au sol dans des systèmes de mousson tels que celui de l'anticyclone hivernal sibérien sont de l'ordre de grandeur prévu par la théorie thermodynamique. L'intensité des sources et des puits qui apparaissent dans l'atmosphère libre a la valeur voulue pour entretenir les dépressions et les anticyclones avec les dimensions et les différences de pression que l'on observe dans la nature.On peut classer les dépressions et les anticyclones d'une manière pratique d'après la nature des sources et des puits qui les entretiennent. En particulier, des systèmes de peu d'épaisseur comme des anticyclones froids et des dépressions chaudes sont liés à des sources et des puits situés à basse altitude; par contre des systèmes de grande ampleur verticale comme des anticyclones chauds et des dépressions froides sont liés à des sources ou des puits à haute altitude.

     

Registrierungen der nächtlichen Ausstrahlung

Zusammenfassung An der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik in Wien wurde zwei Jahre hindruch die nächtliche Ausstrahlung registriert. Das verwendete Gerät war zur Ausschaltung des Windeffektes mit einer wärmestrahlungsdurchlässigen Kunstkristallplatte bedeckt. Der Abfall der Ausstrahlung im Laufe der Nacht betrug bei wolkenlosem Himmel im Mittel 11,5%, sonst im Durchschnitt 15 bis 19%. Bei bedecktem Himmel betrug die Intensität der Ausstrahlung im Mittel 18,5% des Wertes bei wolkenlosem Himmel. Die Abnahme der Ausstrahlung bei zunehmender Wolkenbedeckung des Himmels folgt nicht einer linearen, sondern einer quadratischen Beziehung. Infolge dieses Umstandes stimmen die aus Temperatur, Dampfdruck und Bewölkung nach denÅngströmschen Formeln berechneten mittleren Ausstrahlungswerte für größere Zeitabschnitte mit den tatsächlich gemessenen gut überein, während bei wolkenlosem Himmel die Berechnung zu hohe Werte ergibt.

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Summary The outgoing radiation at night was recorded during two years at the Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik in Vienna. To eliminate the effect of wind the instrument in use was covered with a plate of artificial crystal pervious to heat radiation. The decrease of outgoing radiation during the night amounted on the average to 11,5 per cent for cloudless sky, otherwise it varied between 15 and 19 per cent. In case of overcast sky the mean radiation intensity was found to be 18,5 per cent of the value for cloudless sky. The decrease of outgoing radiation with increasing cloudiness doesn't follow a linear, but a square function. Therefore, the mean radiation values calculated according to the formulae ofÅngström from temperature, vapour pressure, and cloudiness are for longer periods in good agreement with the measured ones. For cloudless sky, however, the calculation gives too high values.

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Résumé A la Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik à Vienne on a enregistré pendant deux ans le rayonnement nocturne. Afin d'éliminer l'influence duvent, l'instrument était recouvert d'une plaque de cristal artificiel diathermane. La diminution du rayonnement au cours de la nuit était de ce fait de 11,5% par ciel serein, et par ailleurs en moyenne de 15 à 19%. Par ciel couvert, l'intensité du rayonnement nocturne fut en moyenne de 18,5 de sa valeur par ciel clair. La diminution du rayonnement avec l'augmentation de la nébulosité n'obéit pas à une relation linéaire, mais quadratique. De ce fait les valeurs moyennes du rayonnement calculées au moyen de la formule d'Ångström à partir de la température, de la pression de vapeur et de la nébulosité concordent bien avec celles que l'on observe réellement, au moins pour des périodes assez longues; par ciel sans nuages par contre, le calcul donne des valeurs trop élevées.

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Mit 6 Textabbildungen.     

The seasonal cycle of the global zonally averaged energy balance

Summary The annual and seasonal cycle of the global zonally averaged storage and transport of moist static energy (MSE), the surface eddy flux of MSE, and the radiation budget at the top of the atmosphere (TOA) and surface are investigated in this paper. We use the GFDL (Geophysical Fluid Dynamics Laboratory) zonal mean data to compute the storage rate, divergence, and poleward flux of MSE. Surface eddy fluxes are determined based on an empirical formula developed from available climatological data. Radiative fluxes at the TOA and surface are computed from a radiation model. A number of significant features are illustrated by the present analysis in regard to the global annual and seasonal energy balance of the earth-atmosphere system. The storage/release rate of MSE is greater in spring and autumn than in summer and winter. The rate of poleward transport of MSE has a maximum at ~40°N and ~35°S with a value of ~3 × 10¹⁵ W. In terms of the radiation budget, the persistent ITCZ minimum and subtropical maxima of the IR flux distribution are reproduced well in the radiation parameterization program. The incoming solar flux maximum shifts from ~20°N in spring to ~40°N in summer due to the poleward increase in the fraction of daytime. Finally, an examination of the global surface energy balance reveals that the surface net fluxes derived from parameterizations for eddy and radiative fluxes agree well with values derived from observations. This agreement appears to imply that on the global mean, the physical parameterizations used in the present study are reliable in modeling the seasonal surface flux components.

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Zusammenfassung Der jährliche und jahreszeitliche Gang der globalen Zonenmittel der Speicherung und des Transports von latenter Energie (MSE), des Oberflächen-Eddy-Flusses der MSE und des Einstrahlungsbudgets an der Atmosphärengrenze (TOA) als auch auf der Erdoberfläche werden untersucht.Wir verwenden die GFDL Zonenmitteldaten, um die Ladung, Divergenz und den polgerichteten Fluß der MSE zu errechnen. Die Oberflächen-Eddy-Flüsse werden aufgrund einer empirischen Formel bestimmt, die mittels verfügbarer klimatologischer Daten erstellt wurde. Strahlungsflüsse auf der Oberfläche und der Atmosphärengrenze werden mittels eines Einstrahlungsmodells errechnet. Eine Reihe signifikanter Erscheinungen werden in der vorliegenden Analyse dargestellt mit Hinblick auf das globale jährliche und jahreszeitliche Energiegleichgewicht des Erde-Atmosphäre-Systems. Die Ladungs- und Entladungsrate des MSE ist im Frühjahr und Herbst größer als im Sommer und Winter. Die Spitzen des polgerichteten Transports der MSE liegen bei 40° N und 35° S mit einem Wert von ca. 3 × 10¹⁵ W. In bezug auf das Einstrahlungsbudget werden die persistenten ITKZ-Minima und die subtropischen Maxima der IR-Flußverteilung gut von dem Einstrahlungsparameterisierungsprogramm dargestellt. Die Sonneneinstrahlungsflußspitzen verschieben sich von 20° N im Frühjahr nach 40° im Sommer aufgrund der gegen den Pol hin zunehmenden Tageslänge. Zuletzt zeigen die Untersuchungen des globalen Oberflächenenergiegleichgewichts auf, daß die Oberflächennettoflüsse, abgeleitet von der Parameterisierung für Eddy- und Einstrahlungsflüsse, mit den beobachteten Werten gut übereinstimmen. Diese Übereinstimmung impliziert offensichtlich, daß im globalen Durchschnitt die physikalische Parametrisierung, die in dieser Studie angewendet wurde, verläßliche Modelle der jahreszeitlichen Oberflächenflußkomponenten liefern kann.

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With 8 Figures     

On the estimation of long-wave radiation flux from clear skies

Summary Data from measurements of long-wave radiation at Barcelona were used to test the validity of several methods for computing this component of the radiation balance in clear sky conditions.Two types of formulae, the analytically derived formulae of Swinbank and Brutsaert 1 and 2 and the empirically obtained formulae of Brunt, Idso and Jackson and Idso 1 and 2 were used in the test.Most of these methods are derived for a particular location and utilize local empirical coefficients. However, there are several which have been considered more universal.Estimates by the two methods give approximately the same value when the screen level air temperature is above 0°C.In addition, the test for temperatures below 0°C shows several discrepancies between the observed and estimated values of long-wave atmospheric radiation. This fact suggests that modifications may be needed for both analytical and empirical formulae. However, since we have few measurements in the temperature regime below 0°C, this statement cannot be justified as a conclusion of this study.

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Zusammenfassung Es werden Daten der langwelligen atmosphärischen Strahlung bei Barcelona herangezogen, um verschiedene Methoden zur Bestimmung dieser Komponente der Strahlungsbilanz bei klarem Himmel zu vergleichen. Dazu werden zwei unterschiedliche Formeltypen, die analytischen nach Swinbank und Brutsaert (1 und 2) und empirische nach Brunt, Idso und Jackson sowie Idso (1 und 2) benützt.Von diesen Methoden wurden die meisten für einen bestimmten Ort entwickelt und verwenden daher lokale empirische Koeffizienten. Allerdings gibt es einige, die als allgemein verwendbar angesehen werden.Für beide Typen der Abschätzung ergeben sich für Lufttemperaturen über 0°C im Hüttenniveau ähnliche Werte. Bei Lufttemperaturen unter 0°C zeigen sich jedoch einige Unterschiede zwischen den beobachteten und geschätzten Werten der langwelligen atmosphärischen Strahlung. Das legt nahe, die Koeffizienten sowohl für die analytischen als auch die empirischen Formeln anzupassen. Leider war das auf Grund des geringen Datenmaterials bei Temperaturen unter 0°C innerhalb dieser Untersuchung nicht möglich.

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With 2 Figures     

Observed energy flux anomalies during MONEX-79 over the Bay of Bengal

Summary The dominant surface energy budget parameters, namely the net radiation fluxes, must be precisely known for an understanding of southwest monsoon behaviour and the early stages of formation of a meteorological system, i.e. trough, low pressure, depression, cyclone etc., and break monsoon conditions over the Bay of Bengal region. The data measured during the MONEX-79 period from July 16–31 are used in order to study the fluctuations of energy fluxes and the net radiation in the month of July over the region. During this period the total energy flux is increasing from South to North with a maximum over the head of the Bay. However, the fluctuation of net radiation is not significant. There is an outstanding increase in the energy flux with anomalies of values 240 W/m².

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Zusammenfassung Für das Verständnis des Südwestmonsuns und für die Entwicklung eines meteorologischen Systems, wie Trog-Tiefdruck-Depression-Zyklone etc., sowie für die Bedingungen des Monsunendes über der Bengalischen Bucht, ist das genaue Wissen um die wichtigen Parameter der Energiebilanz an der Oberfläche, insbesondere der Strahlungsbilanz und der anderen Energieflüsse, unverzichtbar. Die Beobachtungsdaten vom 16.–31. Juli während MONEX-79 werden zum Studium der Energieflußfluktuationen und der Strahlungsbilanz für Juli in diesem Gebiet herangezogen. In dieser Periode nahm die Energieflußsumme nach Norden zu, mit einem Maximum über dem nördlichsten Teil der Bucht, während die Fluktuation der Strahlungsbilanz unbedeutend blieb. Trotzdem zeigt sich eine bedeutende Erhöhung des Energieflusses von bis zu 240 W/m².

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With 2 Figures     

Feuchtegehalt der Atmosphäre und Niederschlagsprognose im Zusammenhang mit der Lage des Beobachtungsortes zumplanetarischen Ringstrom (Jet Stream)

Zusammenfassung Es wird die Beziehung von Gesamtfeuchte der mittleren Atmosphäre (abgekürzt GF) zu Bewölkung und Fronten statistisch untersucht und die Zeichnung von Karten der GF angeregt; die Bedeutung des Ausbaues optischer Methoden wird hervorgehoben. Im Anschluß daran ergibt eine Untersuchung über die Zonen der größten Ausbeute der GF eine prognostisch verwertbare Bevorzugung der Lage am warmen Rand der Frontalzone bzw. des planetarischen Ringstromes, welchen AusdruckLossnitzer als Übersetzung für jet stream vorschlägt. Anschließend wird gezeigt, wie durch Kombination der hydro- und thermodynamischen Betrachtungsweise die Niederschlagsprognose weiter verbessert werden kann.

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Summary The relation between total humidity (GF) of the middle atmosphere and cloudiness or fronts is investigated statistically, and it is proposed to draw cards of the GF; the importance of promoting optical methods is emphasized. Furthermore an investigation of the zones with the bigges yield of GF leads to a preference of the warm edge of the frontal zone which is realizable for forecast; this part is the jet stream for whichLossnitzer proposes the German translation planetarischer Ringstrom (planetary annular stream). Finally it is shown how the forecast of precipitation can be improved by a combination of hydro- and thermodynamic manner of consideration.

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Résumé L'auteur étudie par voie statistique la relation existant entre «l'humidité totale» de l'atmosphère moyenne d'une part et la nébulosité et les fronts de l'autre; il reccommande le dessin de cartes de cette humidité totale et souligne l'avantage qu'il y a à développer les méthodes optiques. Une recherche portant sur les zones de plus grande humidité totale montre une relation pronostique particulière s'attachant aux régions chaudes en bordure de la zone frontale, respectivement de l'«anneau planetaire de courant» (planetarischer Ringstrom selonLossnitzer, ou jet stream). En assciant les points de vues hydrodynamique et thermodynamique, il est possible d'améliorer la prévision des précipitations.

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Mit 6 Textabbildungen.     

Sensitivity analysis of the 1-D convective cloud model outputs on the dynamical parameters

Summary Forced 1-D time-dependent numerical model of Cb cloud is used to analyse the sensitivity of the model products on dynamical parameters. The model considers the processes of horizontal entrainment, forced lifting through the cloud base as well as the six forms of water substance: water vapour, cloud water, cloud ice, rain, snow and hail. Atmospheric soundings for deep storm situation are used as initial and evironmental conditions.The maxima model values of vertical velocity, cloud water, rain water and ice mixing ratios, temperature excess, cloud top height and radar reflectivity are under the strong influence of the parameters of entrainment, amplitude of initial vertical velocity and forced vertical velocity. The most visible influence is that of forced vertical velocity on the ice content.The model values agree well with observations in one case for selected dynamical conditions.

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Zusammenfassung Ein 1-D-zeitabhängiges numerisches Modell einer Cumulonimbuswolke wird für eine Sensitivitätsanalyse der Modellergebnisse nach dynamischen Parametern herangezogen. Im Modell werden Prozesse des horizontalen Entrainments und der erzwungenen Hebung durch die Wolkenbasis sowie Wasser in sechs Erscheinungsformen beachtet: Wasserdampf, Wolkenwasser, Wolkeneis, Regen, Schnee und Hagel. Atmosphärische Sondierungen von heftigen Sturmsituationen werden als Anfangs- und Randbedingungen verwendet.Die maximalen Modellwerte der Vertikalgeschwindigkeit, des Wolken- und Regenwassers und des Eismischungsverhältnisses, des Temperaturüberschusses, der Höhe der Wolkenobergrenze und der Radarreflektivität werden stark von den Entrainmentparametern und der Amplitude der ursprünglichen wie der erzwungenen Vertikalgeschwindigkeit beeinflußt. Am sichtbarsten ist der Einfluß der erzwungenen Vertikalgeschwindigkeit auf den Eisgehalt.Die Modellwerte stimmen gut mit Beobachtungen für einen Fall mit ausgesuchten dynamischen Bedingungen überein.

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With 7 Figures     

Richtlinien für eine an der Biometeorologie des Menschen ausgerichtete Klimaklassifikation

Zusammenfassung Es werden die Gesichtspunkte diskutiert, die bei der Aufstellung eines Klimasystems entsprechend den Bedürfnissen der Biometeorologie des Menschen zu beachten sind. Maßgebend für die Einteilung muß der Wärmehaushalt des Menschen sein. Entsprechend der verschiedenen Belastung des Organismus sind Klimagrenzen in erster Linie unter Benutzung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit festzulegen. Es ist anzustreben, Niederschlag und Strahlung (Sonnenscheindauer oder Bewölkung) wenigstens als zusätzliche Klimamerkmale zu berücksichtigen. Eine auf der Physiologie des Menschen begründete Klassifikation müßte stärker als eine auf der Vegetation aufgebaute Klassifikation von Häufigkeitswerten statt von Mittelwerten ausgehen.

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Summary Viewpoints for designing a climatic system taking into account the requirements of biometeorology of man are discussed. The classification must be based on the human heat balance. According to the different effects on the organism the climatic boundaries must be drawn first of all on the basis of temperature and humidity. Precipitation and radiation (sunshine duration or cloudiness) should be taken into account at least as secondary characteristics of climate. A classification based on the physiology of man instead of vegetation should use frequency values to a greater extent than mean values.

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Résumé Exposé des points de vue à considerer pour définir et classifier le climat par rapport à la biométeorologie de l'homme. L'économie calorifique de celui-ci doit servir de base à la classification. La température et l'humidité doivent avant tout servir à distinguer les climats, cela pour tenir compte des effets sur l'organisme, tandis que les précipitations et le rayonnement serviront de critères auxiliaires. Une classification climatologique fondée sur la physiologie humaine devrait user de distributions de fréquences plus que de moyennes.

     

New results regarding the influence of solar activity on the stratospheric-tropospheric exchange

Summary The dependence of stratospheric intrusions on solar events is analyzed on the basis of 8-years' recordings of the concentration of stratospheric radionuclides and the ozone at 3 km altitude, as well as of the atmospheric profile of the ozone concentration and the total ozone.A significant, even though weak influence of solar magnetic sector structure boundary passages of type-/+ can be identified, a seasonal influence, however, is also observed. The strong 50 to 80% increase in the frequency of stratospheric intrusions after solarH -flares is significant and completely independent of the phase of the solar cycle and season. The total atmospheric ozone shows also a correlation with solar flares: A well defined maximum on the day preceding the flare. The neutron density clearly shows the Forbush decrease on theH -key day. Using key days with Forbush minimum for the superposed epoch analysis reveals a significant maximum of the Be 7-concentration on the day before the flare (rise by about 45 to 60%).Notable is the following sequence: Approximately 3 days before the solar flare the neutron density begins to decrease, 1 to 2 days before the flare the total atmospheric ozone maximizes, and 2 to 3 days after the flare one finds the maximum of the Be 7 in the troposphere as a consequence of the stratospheric intrusion.Around days with maximum Be 7-concentration the reliability of weather forecasts is clearly reduced — a fact, which at this point is obviously indicative of an acute activation of a labile atmospheric condition.We selected some characteristic individual cases to demonstrate by means of tables the time lapse of typical solar atmospheric and geophysical variables associated with solar flares. The attendant structures of the vertical ozone profile are discussed.Some preliminary reflections on a physical link are set forth.

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Neue Ergebnisse über den Einfluß der Sonnenaktivität auf den stratosphärisch-troposphärischen Austausch

Zusammenfassung Anhand 8jähriger Registrierungen der Konzentration stratosphärischer Radionuklide und des Ozon in 3 km Höhe sowie des atmosphärischen Profils der Ozon-Konzentration und des Gesamt-Ozon wird die Abhängigkeit stratosphärischer Lufteinbrüche in die Troposphäre von solaren Ereignissen analysiert.Ein signifikanter, wenn auch schwacher Einfluß von Sektordurchgängen des interplanetarischen Magnetfeldes beim Polaritätswechsel vom Typ-/+ läßt sich nachweisen, jedoch geht ein jahreszeitlicher Einfluß mit ein.Signifikant und völlig unabhängig von der Phase des solaren Zyklus und der Jahreszeit ist die starke Zunahme der Häufigkeit bzw. der Stärke von stratosphärischen Lufteinbrüchen 2 bis 3 Tage nachH -Eruptionen (Zunahme um 50 bis 80%). Das atmosphärische Gesamt-Ozon zeigt ebenfalls eine Korrelation mitH -Eruptionen: Ein gut ausgeprägtes Maximum am Tag vor der Eruption wird festgestellt. Die Neutronendichte zeigt amH -Stichtag deutlich den Forbush-Effekt. Verwendet man Stichtage mit einem Forbush-Effekt für die Überlagerungs-Analyse, so findet man am Tage vor dem Stichtag ein signifikantes Maximum der Be 7-Konzentration (Anstieg um 45–60%). Auffallend ist die folgende Zeitfolge: Etwa 3 Tage vor derH -Eruption beginnt die Neutronendichte abzusinken, 1 bis 2 Tage vor der Eruption erreicht das atmosphärische Gesamt-Ozon das Maximum, 2 bis 3 Tage nach derH -Eruption findet man das Maximum des Be 7 in der Troposphäre als Folge der stratosphärischen Lufteinbrüche.Um Tage mit maximaler Be 7-Konzentration ist die Treffsicherheit von Wetterprognosen eindeutig reduziert. Man hat es also zu diesem Zeitpunkt offensichtlich mit der akuten Aktivierung eines labilen atmosphärischen Zustandes zu tun.Anhand von Tabellen wird der zeitliche Ablauf von charakteristischen solaren atmosphärischen und geophysikalischen Größen im Zusammenhang mit solaren Ereignissen für einige charakteristische Einzelfälle dargelegt. Die zugehörigen Strukturen des vertikalen Ozon-Profiles werden besprochen.Einige vorläufige Gedanken über einen Kausalzusammenhang werden dargelegt.

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With 12 Figures     

Untersuchung über die Wirkungsweise des Solarigraphen Moll-Gorczynski

Zusammenfassung Die Wirkungsweise des zur Messung der Himmels- und der Globalstrahlung verwendeten SolarigraphenMoll-Gorczynski wird theoretisch und experimentell untersucht. Die Wärmebilanz derMollschen Thermosäule wird aufgestellt und gezeigt, welche Größen in den Eichfaktor eingehen und wie die Temperatur- und Intensitätsabhängigkeit des Eichfaktors zustande kommt. Der Einfluß der Thomson-, Joule- und Peltier-Wärmen erweist sich als praktisch vernachlässigbar. Der Temperaturkoeffizient des Eichfaktors beträgt zirka 0,2% pro Grad C. Auf Grund der spektralen Verteilung der terrestrischen Sonnenstrahlung und der Himmelsstrahlung läßt sich zeigen, daß die durch die Absorptions- und Reflexionsverluste in den Deckgläsern bedingten Empfindlichkeitsänderungen höchstens ±0,4% betragen. Es wird untersucht, welche Fehler entstehen, wenn bei der Berechnung der Strahlungswerte die Abhängigkeit des Eichfaktors von der Winkelhöhe der einfallenden Strahlung nicht berücksichtigt wird. Auf Grund der vonReitz beobachteten Abweichungen vom Cosinusgesetz ergibt sich in den Himmelsstrahlungswerten bei gleichmäßig strahlendem Himmel ein Fehler von zirka 0,5%, während der Fehler in den Werten der Globalstrahlung für Sonnenhöhen über 15° höchstens 2,6% beträgt. Die durch die Eichmethode, die Schaltung und das Registrierinstrument bedingten Fehler werden diskutiert und der Einfluß der langwelligen Ausstrahlung der Glashüllen (Nullpunktsdepression) untersucht. In einer zusammenfassenden Fehlerdiskussion wird die Genauigkeit der unter Berücksichtigung der Temperatur- und Intensitätsabhängigkeit des Eichfaktors berechneten Strahlungswerte auf ±1 bis 2% geschätzt; die je nach Instrument verschieden großen Fehler, welche durch die Abweichungen vom Cosinusgesetz erzeugt werden, sind in dieser Abschätzung nicht inbegriffen.

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Summary The author examines by experiments and in the theory the principle of working of the solarigraphMoll-Gorczynski, used for measuring the sky radiation and the global radiation of sun and sky. He develops the heat-balance ofMoll's thermopile and shows the factors entering into the calibration factor and in which manner this factor is depending on temperature and intensity of radiation. The influence of the Thomson-, Joule-, and Peltier-effects can practically be neglected. The temperature coefficient of the calibration factor is about 0,2%/°C. As regards the spectral distribution of solar and sky radiation it can be shown that the modifications of sensitivity as caused by the loss by absorption and reflexion in the cover-glasses of the solarigraph amount to ±0,4% in the maximum. Furthermore the errors are examined which occur with the calculation of the radiation intensities if the dependency of the calibration factor from the angle of height of incoming radiation is not taken into consideration. Due to the deviations from the law of cosine as observed byReitz, it can be concluded that the error of the values of the sky radiation (with uniform sky) is of about 0,5%, whereas the error of the values of the global radiation for solar altitudes above 15° is 2,6% in the maximum. The errors resulting from the calibration method, the electric connexions and the recording instrument are discussed, as well as the influence of outgoing long-wave radiation of the cover-glasses (zero depression). In a summarizing discussion the accuracy of the calculated values of radiation is estimated at ±1 to 2%, taken into consideration the dependency from the temperature and intensity of the calibration factor. The errors caused by the deviations from the cosine-law varying according to the instrument, are not included in this estimation.

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Résumé On étudie du point de vue théorique et pratique le fonctionnement du solarigrapheMoll-Gorczynski utilisé pour la mesure du rayonnement céleste et global. On établit le bilan thermique de la pile thermoélectrique deMoll et on montre quels sont les grandeurs intervenant dans le facteur d'étalonnage et comment ce facteur dépend de la température et de l'intensité du rayonnement. L'influence des effets Thomson, Joule et Peltier se révèle pratiquement négligeable. Le coefficient de température du facteur d'étalonnage s'élève à env. 0,2% par degré centigrade. Considérant la distribution spectrale du rayonnement solaire et céleste, on peut montrer que les variations de sensibilité dues aux pertes par absorption et réflexion dans les enveloppes de verre protectrices s'élèvent à ±0,4%. On recherche quelles sont les erreurs commises en négligeant l'effet sur le facteur d'étalonnage de l'angle d'incidence des rayons lors du calcul des valeurs de rayonnement. Se fondant sur les écarts à la loi du cosinus observés parReitz, on constate que l'erreur pour la valeur du rayonnement céleste (ciel uniforme) est d'environ 0,5%, et que celle du rayonnement global pour des hauteurs solaires supérieures à 15° est au plus de 2,6%. On discute les erreurs résultant de la méthode d'étalonnage, du montage du circuit électrique et de l'enregistreur lui-même, ainsi que l'effet du rayonnement propre à grande longuer d'onde des écrans de verre (dépression du zéro). II résulte de toute la discussion des erreurs possibles que l'exactitude des valeurs calculées du rayonnement, en tenant compte de l'influence de la température et de l'intensité sur le facteur de sensibilité, est estimée à ±1 à 2%; les erreurs, variables suivant les appareils, provenant des écarts à la loi du cosinus ne sont pas prises en considération dans ce chiffre.

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Mit 20 Textabbildungen.